[发明专利]一种10位电流舵结构的高速数模转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种数模转换器，特别涉及一种10位电流舵结构的高速数模转换器。

背景技术

数模转换器(以下简称DAC)是模拟集成电路设计领域的一个重要课题。传统的电流舵结构的DAC，需要精密电流源群的配合才能达到较高的精度。同时，由于CMOS结构逻辑电路的高噪声，对电流转换开关造成的不应有的噪声和毛刺。DAC是典型的模拟集成电路，但随着数字信号处理器(DSP)功能的增强和速度的提高，利用与DSP相同的数字集成电路加工工艺，将DAC和DSP集成在同一个芯片上，不仅可以降低成本，并且提高了系统的性能。

图1为现有技术实现DAC的原理图。包括4个部分：电流源偏置产生电路、输入数字解码电路、电流到电压转换电路和若干个分段的电流源矩阵及开关矩阵构成。电流源偏置产生电路产生偏置电压或电流，此偏置使得矩阵内部的电流源单元之间的电流大小相同，而不同矩阵之间的电流源单元电流之间的大小与2的K次整数幂成线性关系。其中，整数K为分段矩阵的比特表示。如MSB矩阵的电流源个数为332(31)个，单位电流大小为I，次MSB矩阵的电流源个数为16(15)个，则次MSB矩阵中单元电流源的电流大小为I/16。输入数字解码电路将数字输入解码为温度表模式的数字输出，输出“0”或“1”的个数与输入的2进制数字的数值表示成正比关系。如输入信号的2进制信号为B110，则输出中有4*1+2*1+1*0＝6个“1”及1个“0”数据。分段的电流源矩阵及开关矩阵根据解码的输出，将电流源矩阵中的每一个单元的电流导入节点P或者节点N，对应于解码输出为“1”的开关将电流源单元的电流导入节点P而对应于解码输出为“0”的开关，将电流源单元的电流导入节点N。电流到电压转换电路将节点P和节点N收集的电流转换成电压输出。

以上电路结构的主要缺点为：

需要特殊的集成电路工艺。数字信号的速度快，需要快速的工艺支撑；同时，电流舵结构中电流源单元要精密匹配，则需要高精度性能的工艺。

需要添加延迟单元保证数字解码电路中各个支路间延迟的一致性。

需要将电流源矩阵中的单元匹配利用物理位置和特殊的电路结构实现

由于以上原因，导致内部含有高速高精度DAC转换器的芯片成品率低而价格高，性能随着时间而变化导致系统的不稳定等。因此，必须提高芯片成品率，降低芯片成本及提高芯片性能的稳定性。

发明内容

为了解决现有数模转换器存在的上述技术问题，本发明提供一种精度高的10位电流舵结构的高速数模转换器。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括：

输入信号锁存器，所述锁存器具有三个输出端分别输出输入信号的最高的3位、次高的3位以及最低的四位；

列译码器，用于对输入信号的高3位进行译码；

行译码器，用于对输入信号的次高3位进行译码；

时钟缓冲器，所述时钟缓冲器的输出分别控制列译码器、行译码器和64个电流开关矩阵；

4LSB电流开关单元，其电流输出直接由输入信号的最低4位控制；

64个电流开关矩阵，由64个电流开关单元构成，响应于所述行译码器、列译码器、时钟缓冲器对所述电流开关矩阵的电流输出选择，将其电流输出与4LSB电流开关单元的输出叠加后形成两个互补电流输出；

电流-电压转换器，用于将64个电流开关矩阵电流输出与4LSB电流开关单元输出的两个互补电流输出转换成互补电压输出。

本发明的技术效果在于：1)本发明采用电压互补式输出，可以抑制电源噪声、时钟直通、偶次谐波失真，这种电压输出结构的抗干扰能力强。2)本发明采用“6+4”分段式结构，即高6位采用温度计码结构，低4位采用二进制加权结构，这种分段式结构可节省芯片面积。3)本发明设计的层次式对称开关序列不但能消除梯度误差，还能消除由芯片内部温度不一致导致热分布不均引起的对称误差。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为现有的电流舵结构的高速DAC示意图。

图2为本发明的10位电流舵结构的高速DAC结构示意图。

图3为64个单位电流源的开关序列。

图4为采用不要开关策略的INL仿真结果。

图5为依据本发明的数模转换器中电流开关单元的电路图。

图6为图5所示电流开关单元中的延迟单元对电路响应的比较示意图。

图7为依据本发明的数模转换器中电流-电压转换电路的示意图。

具体实施方式